EP1027331B1 - Verfahren zur herstellung von arylmercaptanen durch hydrierung von diaryldisulfiden - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C319/00—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides
- C07C319/02—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides of thiols
- C07C319/06—Preparation of thiols, sulfides, hydropolysulfides or polysulfides of thiols from sulfides, hydropolysulfides or polysulfides
Definitions
- the present invention relates to a particularly advantageous method of manufacture of aryl mercaptans by hydrogenation of diaryl disulfides.
- Aryl mercaptans are important intermediates for the manufacture of pharmaceuticals and agrochemical active ingredients (see e.g. EP-A 100 172, BE-A 887 423, US-A 3 912 757 and WO 96/25936).
- a useful method for making aryl mercaptans is in the reaction sequence the reduction of arylsulfochlorides with sodium sulfite to arylsulfinic acid salts, further reduction with sulfurous acid to the diaryl disulfide and finally cleavage of the disulfide with sodium borohydride (DE-A 44 20 777).
- Unsatisfactory here is the cleavage of the disulfide with sodium borohydride, although in good Yield proceeds, but with the sodium borohydride it is a complex process and therefore requires expensive reagent.
- R and R ' are preferably independently of one another for hydrogen, methyl, ethyl, methoxy, ethoxy, fluorine or chlorine. Especially R and R 'are preferably hydrogen.
- the diaryl disulfides required as the starting product are accessible in various ways, e.g. according to DE-A 44 20 777.
- a process of interest in which S- (4-biphenyl) sulfinic acid or their salts are reacted with an aqueous bisulfite solution at pH values from 2 to 7, so receives the corresponding S- (4-biphenyl) thiosulfuric acids or their salts and heated in the presence of a strong aqueous acid.
- Suitable solvents for forming the alcoholic medium required according to the invention are, for example, aliphatic C 1 -C 5 alcohols, which can be straight-chain or branched. It can be primary, secondary or tertiary alcohols. Methanol, ethanol and isopropanol are preferred.
- the alcoholic medium can optionally also contain water, for example up to 20% by weight, preferably up to 10% by weight. For example, it is not necessary to use the diaryl disulfide in dried form. It can also be used in the form of the water-moist product that is produced during its manufacture. Mixtures of different alcohols can also be used as the alcoholic medium.
- diaryl disulfide Based on 1 mole of diaryl disulfide, e.g. Use 200 to 10,000 ml of alcohol. This amount is preferably 500 to 5,000 ml.
- Alkali hydroxides alkali carbonates or alkali alcoholates, in particular alkali C 1 -C 4 alkyl alcoholates or corresponding alkaline earth metal compounds, for example, can be used as agents for generating a basic character in the alcoholic medium.
- Alkali hydroxides in particular sodium and potassium hydroxide, are preferred.
- diaryl disulfide Based on 1 mol of diaryl disulfide, for example 0.5 to 5 equivalents of base can be used deploy. This amount is preferably 1.5 to 2.5 equivalents.
- catalysts for the hydrogenation according to the invention are Metals of 8. Subgroup of the PSE in question, especially nickel and palladium. such Metals can be used as such or as metal compounds. metals or metal compounds can, if necessary, on carrier materials such as activated carbon, Alumina, alkaline earth carbonate or alkaline earth sulfate can be arranged. The Catalysts can be doped with other metals or metal compounds, for example those from subgroup 4 or 8 of the PSE. You can also in Form of skeletal catalysts, e.g. in Raney form. Preferred catalysts are palladium on carbon, palladium black, Raney nickel and with cobalt and / or iron-doped Raney nickel. Raney nickel is particularly preferred.
- the catalytic hydrogenation according to the invention can e.g. at temperatures from 20 to 200 ° C and pressures up to 50 bar. Temperatures are preferred from 40 to 150 ° C and pressures up to 25 bar, especially temperatures from 60 to 120 ° C and pressures up to 15 bar.
- Working up the reaction mixture present after the hydrogenation according to the invention can e.g. so that it is cooled, for example to 20 to 65 ° C, the catalyst separates, e.g. by filtration, which is then present alcoholic solution of the aryl mercaptan produced with acid and optionally Water is added and the product which then precipitates is filtered off and dried.
- aryl mercaptans in particular Diaryl mercaptans of the formula (I) obtained in good yields and purities.
- the method according to the invention has surprising advantages. So it doesn't need any reagents that are difficult to manufacture. It can be used at lower temperatures and what can be done especially at lower pressures than other processes means less equipment and handling. After all, it avoids a cumbersome way of working with two liquid that are next to each other Phases.
- Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume IX, p. 77 (1955) in basic medium Disproportionation of disulfides to sulfinates and thiols is known. This unwanted So far, the reaction has been through the use of water-immiscible Tries to suppress solvents. Surprisingly, has shown that this is not necessary.
- the reaction mixture also contained unreacted bis (4-diphenyl) disulfide as a solid.
- the water phase was with 37% by weight aqueous hydrochloric acid acidified, the precipitated product is suctioned off and washed with 100 ml of water. After drying, 21.4 g of 4-mercaptodiphenyl obtained with a content of 93.6 wt .-%. That corresponds to a yield of 53.8% of theory
- reaction mixture was then placed in a 3 liter 80 ml enamel autoclave Sulfur dioxide added and heated to 130 ° C for 3 hours. The was 6 hours Approach stirred at 130 ° C and a pressure of 4.4 to 6.9 bar. Then cooled one to room temperature and relaxed. The suspension obtained was suction filtered. The filter cake was dried. 237.4 g of solid with a content was obtained of bis (4-diphenyl) disulfide at 78.3%. This corresponds to a yield of 91.2% theory
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung
von Arylmercaptanen durch Hydrierung von Diaryldisulfiden.
Arylmercaptane sind wichtige Zwischenprodukte zur Herstellung von pharmazeutischen
und agrochemischen Wirkstoffen (siehe z.B. EP-A 100 172, BE-A 887 423,
US-A 3 912 757 und WO 96/25936).
Ein brauchbares Verfahren zur Herstellung von Arylmercaptanen besteht in der Reaktionssequenz
der Reduktion von Arylsulfochloriden mit Natriumsulfit zu Arylsulfinsäuresalzen,
weiterer Reduktion mit schwefliger Säure zum Diaryldisulfid und
schließlich Spaltung des Disulfids mit Natriumborhydrid (DE-A 44 20 777). Unbefriedigend
ist hier die Spaltung des Disulfids mit Natriumborhydrid, die zwar in guter
Ausbeute verläuft, jedoch mit dem Natriumborhydrid ein nur aufwendig herzustellendes
und deshalb teures Reagenz benötigt.
Katalytische hydrierende Spaltungen von Diaryldisulfiden sind auch beschrieben, sie
verlaufen aber stets bei hohen Temperaturen und Drucken oder erfordern sonstige
nachteilige Maßnahmen. So wird gemäß J. Org. Chem. 24, 1598 (1959) in Toluol mit
einem MoS2-Aluminiumoxid-Katalysator bei 140°C und 124 bar gearbeitet. In der
DE-A 17 68 421 wird diese Hydrierung mit Palladium-Kontakten und Raney-Cobalt
bei 160 bis 200°C und 150 bar beschrieben. Gemäß der JP-OS 60/199 871 wird die
Hydrierung mit Raney-Nickel in einem heterogenen Lösungsmittelsystem durchgeführt,
das aus zwei Phasen besteht, nämlich einer wäßrig/alkalischen und einer wasserunlöslichen
organischen Phase.
Wenn man bei diesen Verfahren zu niedrigeren Drucken und niedrigeren Temperaturen
übergeht stellt sich ein nur unvollständiger Umsatz ein (siehe Vergleichsbeispiele
1 und 2).
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Arylmercaptanen durch katalytische
Hydrierung von Diaryldisulfiden gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
die Hydrierung in einem basischen alkoholischen Medium durchführt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man beispielsweise Arylmercaptane der
Formel (I)
in der
- R und R'
- unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl, C1-C6-Alkoxy oder Halogen stehen,
- R und R'
- die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben.
In den Formeln (I) und (II) stehen R und R' unabhängig voneinander vorzugsweise
für Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Methoxy, Ethoxy, Fluor oder Chlor. Besonders
bevorzugt stehen R und R' für Wasserstoff.
Die als Ausgangsprodukt benötigten Diaryldisulfide, insbesondere solche der Formel
(II), sind auf verschiedene Weise zugänglich, z.B. gemäß der DE-A 44 20 777. Insbesondere
ist hier ein Verfahren von Interesse, bei dem man S-(4-Biphenyl)-sulfinsäure
oder deren Salze mit einer wäßrigen Bisulfitlösung bei pH-Werten von 2 bis 7 umsetzt,
so die entsprechenden S-(4-Biphenyl)-thioschwefelsäuren oder deren Salze erhält
und diese in Gegenwart einer starken wäßrigen Säure erhitzt. Dieses Verfahren ist
ausführlicher in einer anderen Patentanmeldung beschrieben, die gleichzeitig vom
gleichen Anmelder eingereicht wurde.
Als Lösungsmittel zur Bildung des erfindungsgemäß erforderlichen alkoholischen
Mediums sind z.B. aliphatische C1-C5-Alkohole geeignet, die geradkettig oder verzweigt
sein können. Es kann sich dabei um primäre, sekundäre oder tertiäre Alkohole
handeln. Bevorzugt sind Methanol, Ethanol und Isopropanol. Das alkoholische
Medium kann gegebenenfalls auch Wasser enthalten, beispielsweise bis zu 20
Gew.-%, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-%. So ist es beispielsweise nicht erforderlich,
das Diaryldisulfid in getrockneter Form einzusetzen. Man kann es genausogut in Form
des bei seiner Herstellung anfallenden wasserfeuchten Produktes einsetzen. Man kann
als alkoholisches Medium auch Gemische verschiedener Alkohole verwenden.
Bezogen auf 1 Mol Diaryldisulfid kann man z.B. 200 bis 10.000 ml Alkohol einsetzen.
Vorzugsweise liegt diese Menge bei 500 bis 5.000 ml.
Als Mittel zur Erzeugung eines basischen Charakters im alkoholischen Medium
können z.B. Alkalihydroxide, Alkalicarbonate oder Alkalialkoholate, insbesondere
Alkali-C1-C4-alkylalkoholate oder entsprechende Erdalkaliverbindungen eingesetzt
werden. Bevorzugt sind Alkalihydroxide, insbesondere Natrium- und Kaliumhydroxid.
Bezogen auf 1 Mol Diaryldisulfid kann man beispielsweise 0,5 bis 5 Äquivalente Base
einsetzen. Bevorzugt liegt diese Menge bei 1,5 bis 2,5 Äquivalenten.
Als Katalysatoren für die erfindungsgemäße Hydrierung kommen z.B. Metalle der
8. Nebengruppe des PSE in Frage, insbesondere Nickel und Palladium. Derartige
Metalle können als solche oder als Metallverbindungen eingesetzt werden. Metalle
oder Metallverbindungen können gegebenenfalls auf Trägermaterialien wie Aktivkohle,
Aluminiumoxid, Erdalkalicarbonat oder Erdalkalisulfat angeordnet sein. Die
Katalysatoren können mit weiteren Metallen oder Metallverbindungen dotiert sein,
beispielsweise solchen aus der 4. oder 8. Nebengruppe des PSE. Sie können auch in
Form von Skelettkatalysatoren vorliegen, z.B. in Raney-Form. Bevorzugte Katalysatoren
sind Palladium-auf-Kohle, Palladium-Schwarz, Raney-Nickel und mit Cobalt
und/oder Eisen dotiertes Raney-Nickel. Besonders bevorzugt ist Raney-Nickel.
Die erfindungsgemäße katalytische Hydrierung kann z.B. bei Temperaturen von 20 bis
200°C und Drucken bis zu 50 bar durchgeführt werden. Bevorzugt sind Temperaturen
von 40 bis 150°C und Drucke bis zu 25 bar, insbesondere Temperaturen von 60 bis
120°C und Drucke bis zu 15 bar.
Die Aufarbeitung des nach der erfindungsgemäßen Hydrierung vorliegenden Reaktionsgemisches
kann z.B. so erfolgen, daß man es abkühlt, beispielsweise auf 20 bis
65°C, den Katalysator abtrennt, z.B. durch Filtration, die dann vorliegende
alkoholische Lösung des hergestellten Arylmercaptans mit Säure und gegebenenfalls
Wasser versetzt und das dann ausfallende Produkt abfiltriert und trocknet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man Arylmercaptane, insbesondere
Diarylmercaptane der Formel (I) in guten Ausbeuten und Reinheiten erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat überraschende Vorteile. So benötigt es keine
aufwendig herzustellenden Reagenzien. Es kann bei niedrigeren Temperaturen und
insbesondere bei niedrigeren Drucken als andere Verfahren durchgeführt werden, was
geringeren Aufwand an Apparaturen und Handling bedeutet. Schließlich vermeidet es
eine umständliche Arbeitsweise mit zwei nebeneinander vorliegenden flüssigen
Phasen. Überraschend ist dabei insbesondere die Tatsache, daß aus Houben-Weyl,
Methoden der organischen Chemie, Band IX, S. 77 (1955) in basischem Medium die
Disproportionierung von Disulfiden zu Sulfinaten und Thiolen bekannt ist. Diese unerwünschte
Reaktion hat man bisher durch den Einsatz von mit Wasser nicht mischbaren
Lösungsmitteln zu unterdrücken versucht. Überraschenderweise hat sich
gezeigt, daß dies nicht notwendig ist.
In einem 0,3 l Edelstahl-Autoklaven wurden 0,1 Mol Bis-(4-diphenyl)-disulfid in einer
Lösung von 8 g Natriumhydroxid in 220 g Ethanol suspendiert und mit 1 g Raney-Nickel
versetzt. Der Ansatz wurde bei 80°C mit 10 bar Wasserstoff hydriert. Nach
Beendigung der Wasserstoffaufnahme wurde abgekühlt und entspannt. Nach dem Abfiltrieren
des Katalysators bei 60°C wurde mit 150 ml Wasser verdünnt und mit 20 ml
wäßriger Salzsäure (37 gew.-%ig) ein pH-Wert von 1 eingestellt. Man saugte das ausgefallene
Produkt ab und wusch mit Wasser. Nach dem Trocknen erhielt man 35,1 g
4-Mercaptodiphenyl mit einem Gehalt von 95,7 Gew.-%. Dies entspricht einer Ausbeute
von 90,2 % d.Th.
Die Hydrierung wurde wie in Beispiel 1 durchgerührt, jedoch ohne Zusatz von
Natriumhydroxid. Es wurde kein Wasserstoff aufgenommen. Bei der Aufarbeitung des
Reaktionsgemisches wurde nur das Einsatzmaterial zurückerhalten.
In einem Zweiphasen-System aus 100 ml Toluol und einer Lösung von 8 g Natriumhydroxid
in 150 ml Wasser wurden 38,4 g Bis-(4-diphenyl)-disulfid suspendiert. Man
versetzte mit 1 g Raney-Nickel und hydrierte den Ansatz bei 80°C und 10 bar. Nach 4
Stunden kam die Wasserstoffaufnahme zum Stillstand. Man kühlte ab und entspannte
den Ansatz.
Das Reaktionsgemisch enthielt außer dem Katalysator noch unumgesetztes Bis-(4-diphenyl)-disulfid
als Feststoff. In der Toluolphase wurde nach Einengen ebenfalls
noch Bis-(4-diphenyl)-disulfid wiedergefunden. Die Wasserphase wurde mit
37 gew.-%iger wäßriger Salzsäure angesäuert, das ausfallende Produkt abgesaugt und
mit 100 ml Wasser gewaschen. Nach dem Trocknen wurden 21,4 g 4-Mercaptodiphenyl
mit einem Gehalt von 93,6 Gew.-% erhalten. Das entspricht einer Ausbeute
von 53,8 % d.Th.
Die Hydrierung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurde Methanol an
Stelle von Ethanol als Lösungsmittel eingesetzt. Man erhielt 37,1 g 4-Mercaptodiphenyl
mit einem Gehalt von 97,1 Gew.-%. Das entsprach einer Ausbeute von
96,7 % d.Th.
Die Hydrierung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurde Isopropanol an
Stelle von Ethanol als Lösungsmittel eingesetzt. Man erhielt 31,8 g 4-Mercaptodiphenyl
mit einem Gehalt von 81,7 Gew.-%. Das entsprach einer Ausbeute von
69,8 % d.Th.
189 g Bis-(4-diphenyl)-disulfid wurde wie in Beispiel 5 beschrieben hergestellt, jedoch
in Form des feuchten Nutschkuchens (276 g) in die Hydrierung eingesetzt. Dazu
wurde der feuchte Nutschkuchen mit 800 g Ethanol angeschlämmt, mit 44 g Natriumhydroxid
und 5,5 g Raney-Nickel versetzt. Die Mischung erwärmte man in einem
Autoklaven auf 80°C und drückte 10 bar Wasserstoff auf. Die Wasserstoffaufnahme
war nach 4 Stunden beendet. Der Ansatz wurde abgekühlt und entspannt. Nach Abfiltrieren
des Katalysators bei 60°C wurde das Filtrat mit 840 ml 5,4 gew.-%iger
wäßriger Salzsäure angesäuert. Dabei fiel das Produkt aus. Es wurde abgesaugt, mit
250 ml Wasser gewaschen und getrocknet. Man erhielt 178,8 g eines weißen Pulvers
mit dem Schmelzpunkt von 110 bis 112°C. Der Gehalt an 4-Mercaptodiphenyl lag bei
91,8 Gew.-% (iodometrisch bestimmt). Daraus ergibt sich eine Ausbeute von 80,1 %
d.Th. bezogen auf ursprünglich eingesetztes Diphenyl-4-sulfochlorid.
400 ml 39 gew.-%ige wäßrige Bisulfitlauge und 550 ml Wasser wurden mit 125 ml
wäßriger Natronlauge (45 gew.-%ig) vorgelegt und mit 2,2 g Triethylbenzylammoniumchlorid
versetzt. Die Mischung wurde auf 60°C erwärmt. Im Verlauf einer
Stunde wurden 289,5 g Diphenyl-4-sulfochlorid (96 gew.-%ig) eingetragen und
gleichzeitig der pH-Wert des Reaktionsgemisches durch Zudosierung von
45 gew.-%iger wäßriger Natronlauge auf 8 gehalten.Auch während der dreistündigen
Nachrührzeit wurde der pH-Wert durch Natronlauge-Dosierung konstant gehalten.
Die Reaktionsmischung wurde dann in einem 3 l Email-Autoklaven mit 80 ml
Schwefeldioxid versetzt und 3 Stunden lang auf 130°C erhitzt. 6 Stunden wurde der
Ansatz bei 130°C und einem Druck von 4,4 bis 6,9 bar gerührt. Anschließend kühlte
man auf Raumtemperatur und entspannte. Die erhaltene Suspension wurde abgesaugt.
Der Nutschkuchen wurde getrocknet. Man erhielt 237,4 g Feststoff mit einem Gehalt
an Bis-(4-diphenyl)-disulfid von 78,3 %. Das entspricht einer Ausbeute von 91,2 %
d.Th.
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung von Arylmercaptanen durch katalytische Hydrierung von Diaryldisulfiden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrierung in einem basischen alkoholischen Medium durchführt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Arylmercaptane der Formel (I)in der
- R und R'
- unabhängig voneinander jeweils für Wasserstoff, C1-C6-Alkyl, C1-C6-Alkoxy oder Halogen stehen,
in der
- R und R'
- die bei Formel (I) angegebene Bedeutung haben.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel zur Bildung des alkoholischen Mediums aliphatische C1-C5-Alkohole einsetzt.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das alkoholische Medium bis zu 20 Gew.-% Wasser enthält.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Mittel zur Erzeugung eines basischen Charakters im alkoholischen Medium Alkalihydroxide, Alkalicarbonate oder Alkalialkoholate oder entsprechende Erdalkaliverbindungen einsetzt.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man auf I Mol Diaryldisulfid 0,5 bis 5 Äquivalente Base einsetzt.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysatoren Metalle der 8. Nebengruppe des PSE einsetzt.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die katalytische Hydrierung bei Temperaturen von 20 bis 200°C und Drucken bis zu 50 bar durchführt.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die katalytische Hydrierung bei 40 bis 150°C und Drucken bis zu 25 bar durchführt.
- Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das nach Durchführung der katalytischen Hydrierung vorliegende Reaktionsgemisch aufarbeitet, indem man es abkühlt, den Katalysator abtrennt, die dann vorliegende alkoholische Lösung des hergestellten Arylmercaptans mit Säure versetzt und das dann ausfallende Produkt abfiltriert und trocknet.
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